Einzigartige Symbiose: Bakterien füttern Wurm

Bremen - Eine höchst ungewöhnliche Form der Symbiose haben deutsche Mikrobiologen in einem Wurm entdeckt. Der marine Plattwurm Paracatenula hat weder Mund noch Darm. Seine Körpermasse besteht fast zur Hälfte aus Bakterien einer speziellen Art, die ihn mit Energie und allen lebensnotwendigen Nährstoffen versorgen, berichten die Forscher im Fachjournal „Proceedings of the National Academy of Sciences (PNAS)“. Die Mikroben sind eng mit photosynthetisch aktiven Bakterien verwandt und können wie diese aus Kohlendioxid Zucker und andere organische Verbindungen herstellen. Doch als Energiequelle nutzen sie dazu nicht das Sonnenlicht, sondern die Oxidation von Schwefelwasserstoff, der im Meeresboden verfügbar ist. Die symbiotischen Bakterien geben Nährstoffe an ihren Wirt ab, ohne selbst verdaut zu werden. Sie profitieren von der Lebensgemeinschaft, weil sie im Körper des Wurms vor Fressfeinden und konkurrierenden Bakterien geschützt sind.

„Die Nährstoffpakete des Symbionten enthalten mit Sicherheit Lipide und Proteine, aber wahrscheinlich auch Zucker, Fettsäuren, Vitamine und andere Substanzen, die dem Aufbau von Biomasse und der Energieversorgung dienen“, sagt Harald Gruber-Vodicka vom Max-Planck-Institut für Marine Mikrobiologie in Bremen. „Dass eine einzelne Bakterienart so viele unterschiedliche Stoffe produzieren und seinem Wirt zur Verfügung stellen kann, haben wir bisher noch bei keiner anderen Symbiose gesehen.“ Der Forscher und seine Kollegen untersuchten eine Plattwurmart der Gattung Paracatenula, die am Meeresboden der Sant’Andrea-Bucht vor der Mittelmeerinsel Elba lebt.

In speziellen Körperzellen, den sogenannten Bakteriozyten, beherbergen diese Würmer Bakterien einer Spezies mit der vorläufigen Bezeichnung „Riegeria santandreae“. Wie vergleichende DNA-Analysen ergaben, sind die Mikroben eng mit der zur Photosynthese fähigen Art Rhodospirillum rubrum verwandt. Erstaunlicherweise war das Riegeria-Genom mit 1,34 Millionen Basenpaaren wesentlich kleiner als die 4,3 bis 5 Millionen Basenpaare großen Genome verwandter freilebender Bakterien. Nach Berechnungen der Forscher muss sich in einem mindestens 500 Millionen Jahre andauernden Evolutionsprozess das Erbgut der symbiotischen Mikroben extrem verkleinert haben, ohne dass dabei die Fähigkeit zur Produktion sämtlicher lebensnotwendigen Verbindungen verloren ging. Während dieser Zeit haben die Würmer ihre bakteriellen Symbionten offenbar stets direkt an ihre Nachkommen weitergegeben.

Erst elektronenmikroskopische Aufnahmen zeigten, dass die Bakterien die von den Würmern benötigten Nährstoffe in kleinen Vesikeln abpacken, die von der Außenmembran abgeschnürt und dann vom Wirt verdaut werden. Bei der Verdauung entstehen wahrscheinlich keine Abfallprodukte, da die Tiere nichts ausscheiden können. Lebensgemeinschaften zwischen Mikroben und Tieren zur besseren Verwertung von Nahrungsmitteln sind sehr verbreitet. Doch in der Regel nutzt der tierische Wirt die vom Symbionten erzeugten und gespeicherten Nährstoffe, indem er einen Teil der Mikroben vollständig verdaut. Bei Paracatenula stellen die zahlreichen, im Inneren körpereigener Zellen lebenden Bakterien ein Energiedepot dar, das die Würmer so nutzen, wie andere Tiere ihr Speicherfett.

(Video von Paracatenula sp. santandrea: https://vimeo.com/290672261)